食品生物技术导论酶工程讲义.ppt

第四章 酶工程 教学目标 掌握酶工程的基本概念和原理； 熟悉酶制剂的生产、纯化技术； 掌握酶的分子修饰及酶的固定化方法； 了解酶工程在食品工业中的应用。 第一节 酶工程发展概况 1. 酶的化学本质 是指一类由活性细胞产生的、具有催化活性作用和高度专一性的特殊蛋白质，又称生物催化剂。 2. 酶工程发展简史 不自觉的应用：传统的酿酒、制酱、制曲等。 初步认识酶的存在及作用： 1833年，佩恩和帕索兹发现能水解淀粉的酒精沉淀物（淀粉酶）并提出其热不稳定性； 1896年，巴斯德发现酒精发酵是由酵母引起的； 1897年，巴纳兄弟用酵母抽提液生产出了酒精； 对酶的催化理论及本质的研究： 1913年，米彻里斯和曼吞由中间产物学说推导出米氏方程； 1926年，萨母纳从刀豆中提出脲酶，并通过大量研究证实酶的本质是蛋白质。 20世纪60年代，固定化技术的发展标志着酶工程产业化形成； 20世纪80年代，酶分子修饰技术发展使酶工程得到空前发展。 3. 酶工程的概念 酶工程（enzyme engineering）又称酶技术，指利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需要的产品的过程，是酶学理论与化学工程相结合而形成的一门科学技术。 第二节 酶的制备与发酵生产 主要途径 从生物细胞内合成或直接提取分离； 从微生物发酵生产获取。 （一）从生物细胞获取 1. 植物细胞产酶 P76-78：表4-1 2. 动物细胞产酶 P78-79 （二）微生物发酵产酶 1. 常用产酶微生物 细菌、放线菌、霉菌和酵母菌等（P80表4-3）。 用于食品酶制剂的细胞应具备条件： 安全可靠，非致病菌； 稳定性好不易感染噬菌体； 酶产量高，有较好的开发应用价值； 容易培养和管理，产酶细胞易生长繁殖； 能利用廉价的原料，发酵周期短。 2. 发酵方法 （1）固体发酵法?? 即以麸皮、米糠等为基本原料，加无机盐和适量水分(通常50％左右)进行的一种微生物培养法。 用青霉、曲霉生产果胶酶；用木霉生产纤维素酶 （2）液体发酵法?? 利用合成的液体培养基在发酵罐内进行搅拌通气培养，是目前主要的方式。 ① 间歇发酵法： 特点：先在适于菌体生长条件下培养，然后再转入产酶条件下进行发酵。产酶量高，同时营养物质与诱导物浪费少。 ② 连续发酵法： 特点：先将菌体培养至某一生长期如对数期，然后一边连续加入新鲜培养液，另外又不断地以相同速度放出培养产物，二者的速度应和生长速度一致，使菌体生长处于恒态条件，同时还可能打破酶合成的反馈阻遏，使产酶率提高。 3. 微生物发酵产酶工艺条件及控制 （1）培养基：碳源、氮源、无机盐、生长因子 （2）温度： （3）pH： （4）溶氧量： （5）发酵时间： 4. 提高微生物产酶量的措施 选育优良细胞（基因重组技术） 强化生产过程： 控制合理发酵条件：pH、温度、基质浓度等 添加诱导物：如乳糖诱导β-半乳糖苷酶 控制阻遏物浓度：产物积累一定浓度，合成受阻 添加表面活性剂：主要是非离子型表面活性剂 添加产酶促进剂： 植酸钙镁、聚乙烯等 （三） 酶的分离纯化 1. 细胞分离（胞外酶） : 离心或过滤 2. 细胞破碎（胞内酶）：许多酶存在于细胞内，提取这些胞内酶时首先需要对细胞进行破碎处理。 机械破碎 物理破碎 化学破碎 酶解破碎 3. 提取 第三节 酶的分子修饰 酶分子修饰（molecular modification enzyme）：通过改变酶分子的结构，使酶的某些特性和功能发生改变的技术。 化学修饰 物理修饰 （一）酶分子的化学修饰 酶的化学修饰（chemical modification）：利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某些部分删除或置换，改变酶的理化性质，最终达到改变酶催化性质的目的。 1. 大分子结合修饰 常用大分子修饰剂：右旋糖苷、聚乙二醇、聚蔗糖β-环糊精、琼脂糖、壳聚糖、白蛋白、明胶、淀粉、硬脂酸、聚丙氨酸等。 作用：稳定性提高、抗原性降低，等等 如：1分子胰凝乳蛋白酶与11分子右旋糖酐结合可使其活力提高5.1倍。 2. 肽链有限水解修饰 指在肽链的限定肽键位点水解，使酶空间结构发生某些改变而改变酶特性和功能的方法。 常用修饰剂为专一性较高的蛋白酶或肽酶。 特点：既保持酶活力，又降低其抗原性。 如木瓜蛋白酶水解去除其肽链上2/3氨基酸，仍可保持其活力。 3. 侧链基团修饰：如将α-胰凝乳蛋白酶的氨基修饰成亲水性更强的-COOH等，酶活提高1000倍，且更耐热 4. 分子内或分子间交联：使用双功能试剂交联，更稳定 5. 氨基酸置换修饰：改变活力中心的氨基酸 6. 金属离子置换修饰：如将酰基化氨基酸水解酶的活力中心的Zn2+置换为Co2+。 （二）酶分子的物理修饰 酶分子物理修饰（phy